多孔介质中汽油燃烧实验与数值模拟

发布时间：2017-09-13 21:45

  本文关键词：多孔介质中汽油燃烧实验与数值模拟

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【摘要】：液体燃料的利用与日常生活密切相关,传统燃烧形式通常存在污染物排放较高、燃烧效率相对较低等问题。汽油作为一种重要的液体燃料,如何提高汽油燃烧效率,有效控制污染物的排放,具有重要意义。多孔介质燃烧是一种新型高效的燃烧技术,具有可调节功率范围大、燃烧效率高、污染物排放低等众多优点。本文将多孔介质技术应用用于汽油的利用上,在一种自行设计的新型液体燃料多孔介质燃烧实验装置上,进行了汽油在多孔介质中的燃烧实验,并利用FLUENT软件对其燃烧特性进行数值模拟,具体包括以下研究内容:多孔介质中汽油燃烧特性的实验研究。利用甲烷气体预热多孔介质燃烧室,分析了特定工况下汽油着火稳定性,结果表明:甲烷能够迅速着火,并开始燃烧,随着燃烧时间增加,甲烷燃烧火焰逐渐向上游传播,预热温度和污染物排放逐渐趋于稳定;汽油雾化液滴能够在预热多孔介质内实现迅速着火,各点温度迅速升高,并逐渐趋向于稳定,CO、CH等污染物排放在汽油启动时迅速升高,随后逐渐降低,并逐渐到达稳定状态,形成稳定燃烧。通过改变改变当量比的大小,探讨了汽油在多孔介质中的燃烧温度分布及污染物排放。结果表明:在一定范围内,当增大汽油流量时,燃烧的效果更好;随着当量比增大,燃烧室温度升高,火焰稳定位置越靠近多孔介质上游。CO的排放浓度随当量比的增大而减小,如果接近理论当量比时,CO排放浓度升高较大,此外,CO的生成还和温度分布有关。多孔介质中的NO_x排放浓度随着当量比增大逐渐增大。多孔介质中汽油燃烧的数值模拟。汽油在喷入多孔介质燃烧室以后能够迅速燃烧,燃烧室内的温度迅速升高,汽油燃烧的高温区明显向上游移动,燃烧很快达到最佳状态,并且增大汽油流量可以改善燃烧效果。随着当量比的增大,燃烧室温度明显升高,高温区的面积显著增大,燃烧火焰能够达到多孔介质上游底层,且温度分布更加均匀,并且汽油颗粒的速度场分布与温度分布联系紧密。CO_2和H_2O的分布主要随化学反应产生,其分布均与温度高低成正相关,随着燃烧火焰向上游移动并且高温区的面积增大,CO的排放降低,NO主要分布于温度较低区域而NO_2产生于高温区。随着当量比的增大,反应区下游的汽油颗粒逐步减少,反应区上游的O_2分布增多,说明燃烧是向着多孔介质上游区域进行的。实验结果与数值模拟结果的对比。利用辛烷代替汽油,代入Fluent进行数值模拟,并与实验数据进行对比。发现实验与数值模拟中燃烧区上游温度较高且分布均匀,最佳燃烧区燃烧效果良好,实验与相应数值模拟的温度分布基本符合。同样地,实验测得的CO和NO_x数据与数值模拟燃烧器出口处的CO和NO_x数据结果一致。
【关键词】：液体燃料 多孔介质 多孔介质燃烧 燃烧特性
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE626.21
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 背景介绍11-13
• 1.1.1 能源背景11-12
• 1.1.2 技术背景12-13
• 1.2 研究现状及进展13-15
• 1.2.1 多孔介质液体燃料燃烧技术的研究现状13-14
• 1.2.2 多孔介质液体燃料燃烧技术的研究进展14-15
• 1.3 研究课题介绍15-16
• 1.3.1 研究课题的提出15
• 1.3.2 研究目标15
• 1.3.3 本文主要研究内容与研究方法15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 2 新型液体燃料多孔介质燃烧装置系统17-26
• 2.1 实验系统17-22
• 2.1.1 燃油供应系统18-19
• 2.1.2 供气系统19-20
• 2.1.3 供气流量测量系统20
• 2.1.4 多孔介质燃烧系统20-21
• 2.1.5 温度测量系统21
• 2.1.6 烟气测量系统21-22
• 2.2 实验准备22-23
• 2.2.1 实验系统气密性检查23
• 2.2.2 实验数据采集器材检查23
• 2.3 主要实验步骤23-25
• 2.4 实验方法25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 汽油在多孔介质中的燃烧特性研究26-38
• 3.1 着火启动特性26-30
• 3.1.1 甲烷着火预热启动特性研究26-28
• 3.1.2 汽油着火特性研究28-29
• 3.1.3 总结29-30
• 3.2 系统温度分布特性研究30-33
• 3.3 系统污染物排放特性研究33-36
• 3.4 燃烧室冷却过程36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 汽油在多孔介质燃烧器内的燃烧模型方程38-44
• 4.1 物理模型38
• 4.2 基本假设与模型方程38-39
• 4.3 标准k-ε模型39-40
• 4.4 湍流扩散燃烧模型40-41
• 4.5 液滴蒸发模型41-42
• 4.6 边界条件42
• 4.7 求解方法42
• 4.8 本章小结42-44
• 5 汽油在多孔介质中燃烧数值模拟与实验验证44-63
• 5.1 汽油在多孔介质中燃烧温度分布特性及其与实验的对比44-46
• 5.2 汽油在多孔介质中燃烧污染物排放特性46-54
• 5.3 汽油在多孔介质中燃烧的主要产物分布54-60
• 5.4 污染物排放与实验结果的对比60-62
• 5.5 本章小结62-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 总结63-64
• 6.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 附录70-79

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1 朱维耀;黄延章;;多孔介质对气-液相变过程的影响[J];石油勘探与开发;1988年01期

2 司广树,姜培学,李勐;单相流体在多孔介质中的流动和换热研究[J];承德石油高等专科学校学报;2000年04期

3 李传亮;多孔介质的应力关系方程——答周大晨先生[J];新疆石油地质;2002年02期

4 杨满平,李治平,李允,王正茂;油气储层多孔介质的变形理论及实验研究[J];天然气工业;2003年06期

5 刘泽佳,李锡夔,武文华;多孔介质中化学 热 水力 力学耦合过程本构模型和数值模拟[J];岩土工程学报;2004年06期

6 李铎;宋雪琳;高志娟;代锋刚;李方红;;多孔介质中铁的吸附分配和迁移特征[J];辽宁工程技术大学学报;2007年04期

7 赵治国;解茂昭;;伞喷油雾与热多孔介质相互作用的数值模拟[J];燃烧科学与技术;2007年06期

8 李明春;田彦文;翟玉春;;多孔介质反应体系中的耦合扩散效应[J];化工学报;2008年10期

9 王关晴;程乐鸣;郑成航;骆仲泱;岑可法;;往复热循环多孔介质“超焓燃烧”特性[J];化工学报;2009年02期

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1 胥蕊娜;姜培学;赵陈儒;黄寓理;;流体在微多孔介质中的流动研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

2 韦昌富;;多孔介质力学理论及其应用[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会特邀报告[C];2007年

3 黄拳章;郑小平;姚振汉;;含液多孔介质力学问题的边界元法[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

4 饶文涛;李本文;;多孔介质燃烧技术工业应用数值模拟研究[A];2010全国能源与热工学术年会论文集[C];2010年

5 郁伯铭;员美娟;;多孔介质中流体流动的分形分析[A];中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十二届学术年会论文集[C];2008年

6 郭尚平;于大森;吴万娣;;生物脏器多孔介质的孔径分布和比面[A];全国第一届生物力学学术会议论文汇编[C];1981年

7 刘志峰;赵刚;张有为;刘正锋;李柯;王晓宏;;固体颗粒在逾渗多孔介质中的吸附特性[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集（一）[C];2007年

8 吴金随;尹尚先;;颗粒堆积型多孔介质内孔喉模型的研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

9 黄拳章;郑小平;姚振汉;;用边界元法模拟含液多孔介质的等效力学行为[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年

10 王建省;王晓纯;;具有流固热耦合影响的可变形多孔介质动态物质面分界特征[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年

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1 中国农业大学工学院 刘相东;多孔介质干燥理论与应用并行[N];中国化工报;2007年

2 饶文涛;多孔介质燃烧新技术及应用[N];世界金属导报;2009年

3 饶文涛;新一代燃烧技术——多孔介质燃烧[N];中国冶金报;2009年

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10 房关考;多孔介质通道发展传热的理论研究及数值分析[D];上海工程技术大学;2016年

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